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GJB181航空电源测试标准及实践

【试验工程师·公益学习营】第七期第5讲

【试验工程师·公益学习营】总第35讲,于2020年9月4日如期举行,本期讲师是瑞风协同测试技术部经理,在试验测试领域有十余年从业经验,参与高端制造业多家龙头单位自动测试系统的建设,主要研究方向为试验测试系统及数据采集系统应用方案设计。

前言:电源是向电子设备提供功率的装置,电源功率的大小,电流和电压是否稳定,将直接影响整个系统的工作性能和使用寿命。电子设备的设计需要重点考虑电源系统,只有提高了电源的稳定性和可靠性,整个电子设备的性能才可以大幅度提升,因此在研发、生产、检验过程中需要对电源重要指标进行大量的测试。尤其是航空领域,电源需要满足飞机电力特性,电源测试内容丰富,包括电压畸变、电压瞬变、尖峰电压、纹波电压、电压调制、浪涌电流、频率畸变、电压扰动等等。

本期课程重点分为以下四个方面:GJB181飞机供电特性概述、GJB181规定的电子设备兼容性测试方法、GJB181测试系统简介和GJB181测试系统应用扩展。

 

一、GJB181飞机供电特性概述

飞机供电特性标准既是飞机电气系统设计的一项重要标准,也是飞机供电系统与用电设备的接口标准;是研制、生产、采购、验收、使用、维护、修理过程中应执行的规范;是进行国内外技术协调及引进设备时检验验收的依据。GJB181的演变为:GJB181-1986→GJB181A-2003→GJB181B-2012。

GJB181的七大供电类分别为:单相115V/400Hz、三相115V/400Hz、单相115V/360-800Hz、三相115V/360-800Hz、单相220V/50Hz、直流270V、直流28V。GJB181用电设备的六种工作状态分别为:正常、转换、非正常、应急、电启动、供电故障。

 

二、GJB181规定的电子设备兼容性测试方法

GJB181标准中规定的电子设备兼容性测试方法中比较有代表性的是单相400Hz交流和28V直流供电方式,测试项根据6种飞机供电工作状态进行划分,以单项交流为例,包含以下测试项:

  

工作状态

单相115V   400Hz 交流

28V直流

正常工作状态

SAC-101

负载特性

LDC-101

负载特性

SAC-102

正常稳态电压和频率

LDC-102

正常稳态电压

SAC-103

---------

LDC-103

电压畸变频谱

SAC-104

电压调制

LDC-104

脉动

SAC-105

频率调制

LDC-105

正常电压瞬变

SAC-106

电压畸变频谱

 

 

SAC-107

电压畸变系数

 

 

SAC-108

直流分量

 

 

SAC-109

正常电压瞬变

 

 

SAC-110

正常频率瞬变

 

 

转换状态

SAC-201

供电转换中断

LDC-201

供电转换中断

非正常状态

SAC-301

非正常稳态电压和频率

LDC-301

非正常稳态电压

SAC-302

非正常电压瞬变

LDC-302

非正常电压瞬变

SAC-303

非正常频率瞬变

 

 

应急状态

SAC-401

应急稳态电压和频率

LDC-401

应急正常电压

发动机电起动

SAC-501

------

LDC-501

起动电压瞬变

供电故障

SAC-601

断电

LDC-301

断电

SAC-602

------

LDC-302

反极性

SAC-603

反极性

 

 

表1 GJB181B单相定频交流及28V直流测试项

 

图1 GJB181B单/三相测试原理图

  

图2 GJB181B 直流测试原理图

 

所有的测试项在测试过程中需要注意的是除电流外,其他参数的测量要在UUT电源输入端10cm范围内进行;电流测量使用互感器在115V线上进行;确保电源中线可靠接地,UUT的激励设备和监测设备应确保UUT适当的激励输入,并监测UUT的输出,确保能判定UUT的性能。

1、SAC101 -负载特性

1)波峰系数测量

2)功率因数测试量

3)电流畸变系数测量

4)电流畸变频谱测量

 

2、SAC102 -稳态电压和频率极限试验

本试验用于验证单相交流115V400HZ用电设备在其供电电压和频率为GJB181B-2012规定的正常稳态电压和频率极限时,能否正常工作并保证其性能。

 

3、SAC104 -电压调制试验

1)交流定频电压需要在400Hz上做试验;

2)需要在稳态电压115Vrms、109.25Vrms和116.75Vrms分别做试验

3)电压调制试验条件表

 

4、SAC105–频率调制试验

1)单相交流400Hz定频试验中,分别需要在395Hz、400Hz和405Hz频率点上做频率调制试验,每个频率点上试验时间为10分钟

2)频率调制试验条件表

 

5、SAC106 -电压畸变频谱试验

1)试验前需要对试验条件A-H做校准,校准电阻上所产生的电流与用电设备实际的负载电流一致

2)每种试验条件的试验间隔时间为1分钟

3)单相交流400Hz定频电压畸变频谱试验条件表

 

6、SAC107 -电压畸变系数试验

试验前需要对试验条件做校准,校准电阻上所产生的电流与用电设备实际的负载电流一致

 

7、SAC108 -直流分量试验

1)将UUT接入试验电路中,打开交流电源开关,调整电压到115V,频率为400Hz

2)闭合供电回路开关,启动UUT

3)通过调制程控交流电源,分别在交流输出叠加一个+0.1V和-0.1V的直流电压,试验时间不少于30分钟

 

8、SAC109 -正常电压瞬变

1)试验条件A-M需要循环5次,每个试验条件间隔1分钟

2)交流400Hz设备试验条件表

 

9、SAC110 -正常频率瞬变试验

1)试验条件A-I需要循环5次,每个试验条件间隔1分钟

2)交流400Hz定频设备试验条件表

 

10、SAC201 -电源中断试验

1)交流400Hz定频设备只在400Hz上做试验

2)每个试验条件间隔1分钟,A-L需要循环做试验5次

3)电源中断试验条件表

 

11、SAC301–非正常稳态电压和频率

SAC301非正常稳态电压和频率试验要求验证单相交流115V400HZ用电设备在其供电为GJB181B-2012规定的非正常稳态极限时,能否工作并保持其规定的性能。

 

12、SAC302 -异常电压瞬变试验

1)试验条件A-M需要循环5次,每个试验条件间隔1分钟

2)交流400Hz设备试验条件表

 

13、SAC303-异常频率瞬变试验

1)试验条件A-I需要循环5次,每个试验条件间隔1分钟

2)交流400Hz定频设备试验条件表

 

14、SAC401 -紧急电压和频率试验

1)单相交流400Hz定频异常电压和频率极限表

 

15、SAC601–断电

1)交流400Hz定频设备只在400Hz上做试验

2)每个试验条件间隔1分钟,A-D需要循环做试验5次

3)电源失效试验条件表

 

三、GJB181测试系统简介

针对以上的测试方法,下面我们介绍一下市场上应用比较广泛的几种测试方案。

1、最简方案:

 

测试项

AMETKE  交流电源支持的测试项

SAC

除106(畸变频谱)外的所有测试项

TAC

除106(畸变频谱)外的所有测试项

SVF

除106(畸变频谱)外的所有测试项

TVF

除106(畸变频谱)外的所有测试项

LDC

除103(畸变频谱)104(脉动系数)外所有测试项

HDC

除103(畸变频谱)104(脉动系数)外所有测试项

SXF

除106(畸变频谱)外的所有测试项

表2 GJB181测试系统最简方案覆盖测试项

 

图3 GJB181测试系统最简方案

 

2、系统解决方案

1)系统组成:交直流电源、传感器及采集设备、激励输入设备

2)系统软件功能:标准版本选择、测试项目选择、测试窗口配置、测试设备设置、测试报表生成

 

图4 GJB181测试系统解决方案

 

市场主流设备厂家包含有美国AMETEK集团APP程控电源事业部CI品牌、EMTEST、艾德克斯等。

 

四、GJB181测试系统应用扩展

在我国工业等其他领域,以上解决方案通过调整后,同样能够适应相关领域产品的供电适应性测试需求。

如商用飞机需按DO-160标准中关于机载设备供电适应性要求进行测试,船舶舰载设备、航天飞行器、卫星等用电设备的地面供电模拟测试、风电机组电网适应性测试等应用,通过对测试系统的硬件、软件进行调整后均可支持。

DO-160测试,使用GJB181电源适应性测试系统即可测试,只需软件开发相应的测试序列。

船舶、卫星等用电设备的适应性要求均有相应的军标进行规范,风电行业暂时没有明确的标准,但在参考GB 电能质量 供电电压偏差和国家电网公司企业标准 风电场接入电网技术规定后,并结合客户的需求,通过对GJB181系统进行调整,同样能够该测试需求。

 

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